JPS62287994A - 腕機構の重力バランス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 発明の利用分野 本発明はロボットマニプレーク等における多関節型アー
ム等の重力を理論上はぼ完全にバランスすることのでき
る電力バランス装置に関するものである。

発明の背景 一般に垂直多関節型ロボット等において、ダイレクト教
示を行う場合には、オペレータがロボットアームの先端
を手に持って、直接教示作業を行うため、アームの重さ
がオペレータにかからないように重力バランスを施す必
要がある。

また、アーム先端の軌跡精度を高めるためにはアームの
たわみを少なくする重力バランス装置が重要である。

しかしながら従来このようなアームの重力を完全にバラ
ンスさせることは極めて難しく、理論的にも完全な重力
バランスをとる方法は未だ開発されていなかった。

発明の目的 本発明は上記のような要望に鑑み、垂直多関節型ロボッ
トのアーム殿横におけるアームの重力バランスを理論上
はぼ完全に調整し得る重力バランス装置の提供を目的と
するものである。

発明の構成 上記目的を達成するために、本発明が採用する主たる手
段は、垂直面内で揺動運動する重量Ｗのアームの徂カバ
ランスを１周整する装置において、上記アームの１１動
中心から垂直方向にａだけ離れた位置に設けたバネ支持
部Ｃと、上記アームの重心線上の点Ｂとを結ぶ線の方向
を指向する引張力Ｐ＝Ｗ／ａ・ｌまたこれに近い引張力
を上記点Ｂに作用させるバネ装置をＨ（１してなる点を
要旨とする腕機構の重力バランス装置である。（ｌここ
に２は点ＢＣ間の距離である。

実方缶イクリ 続いて、添付した図面を参照して本発明を具体化した実
施例に付き説明し、本発明の理解に供する。ここに第１
図は、本発明の一実施例にかかる重力バランス装置を有
する垂直多関節型ロボットのアーム機構の概略を示す概
略側面図、第２図は本発明を第１アームのバランス製雪
に通用した実施例を示す概略側面図である。

なお、以下の実施例は本発明を具体化した一例にすぎず
、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

第１図において、Ｆは機台で、例えば垂直軸のまわりに
旋回運動する旋回台等によって構成される。この機台Ｆ
上には垂直面内で揺動運動する第１アーム３が取り付け
られている。３□は第１アーム３の揺動中心をなす水平
ビンである。

上記第１アーム３の先端には、水平の支持ピン八に係着
され上記第１アーム３が揺動する垂直面内で揺動運動す
る第２アーム４が支持ビンＡのまわりに揺動可能に取り
付けられている。

この実施例は上記のような第２アーム４の重力をバラン
スする装置に関する。

上記第１アーム３は、平行リンクＤの可動側の一辺を構
成している。基台Ｆ上の前記水平ビン３□とは離れた位
置に設けた支点ビンＱ′には上記第１アーム３の揺動面
内において揺動運動するリンク５が取り付けられている
。

上記支持ピン八と前記リンク５の先端に設けた支持ビン
Ｇとによって、平行移動辺Ｅが第１アーム３及びリンク
５に対して揺動可能に取り付けられている。

そして、上記水平ビン３８．支点ビン中心Ｑ′、支持ビ
ンＡ、Ｇは、第１アーム３とリンク５が平行で、水平ビ
ン３１と支点Ｑとを結ぶ直線が支持ビンへの中心と支持
ビンＧの中心とを結ぶ直線に平行となるように設定され
ている。

卯ち、この平行リンクＤでは、水平ビン３□と支点ビン
Ｑとを結ぶ辺が固定辺であり、第１アーム３の揺動にも
かかわらず平行移動辺Ｅは、當に同じ姿勢を保って移動
することになる。

上記のような平行移動辺Ｅ上であって、上記支持ビン八
から垂直上方の位置にはバネ支持＠）Ｓ　Ｃが設けられ
ている。このバネ支持部Ｃは、図示せぬローラ等により
構成されている。

また、前記リンク５上にはつる巻きバネ収納部Ｈが固定
されており、このつる巻きバネ収納部Ｈに収納したつる
巻きバネに一端を係着したワイヤーＹは、前記バネ支持
部Ｃを通って、その他端が前記第２了−ム４の重心線上
に設けたバネ支持部Ｂに係着されている。

この実施例ではつる巻きバネ収納部Ｈに収納したつる巻
きバネの引っ張り力Ｐは Ｐ−（Ｗ／ａ）　・ｌに設定されている。

ここにＷは第２アーム４の重量、 ａは支持ビン八からバネ支持部ＣのワイヤーＹが通る位
置までの距離、 ｌは前記バネ支持部ＣからＢまでの距離である。

従って上記つる巻きバネはそのバネ定数ｋがＷ／ａで、
且つワイヤーＹの一端をバネ支持部Ｂに係着した時、そ
の時の伸びがｌとなるような構造のものが採用される。

このようなつる巻きバネを用いることにより、第２アー
ム４の重力が理論上完全にバランスされる。

これを原理的に説明すると以下の通りである。

いま図における。＜ＣＢＡ＝α、ｊ！線に不が垂直線３
■となす角度をθとし、点Ａから直線面に下した垂線の
長さをｈとすると、支持ビンＡまわりの第２アーム４の
ｍ力ＷによるモーメントＭｗは Ｍｗ　　”　Ｗ’　ＲＳｉｎθ・・・・・・（１）で表
され、つる巻きバネの引っ張り力Ｐによる第２アーム４
の支持ビン八まわりのモーメントＭ。

は Ｐ−Ｐ−ｈ ”　Ｐ−Ｒｓｉｎ　ｒｘ　・・−−・・（２１となる。

図における△ＡＢＣにおいては、１　ｓｉｎα−ａ　Ｓ
ｉｎθ であるから、この式を（２）式に代入すると、Ｍ、　＝
Ｐ　−Ｒ−（ａ／Ａ）　ｓｉｎθ−（４１となる。

第２アーム４の動作角θが任意の位置でＭ、＝Ｍ、の時
に、上記バネによるモーメントと重力によるモーメント
が完全にバランスする。

従ってｍ、＋４１式より Ｗ−Ｒｓｉｎθ＝Ｉ”Ｒ・（ａ／７り　ｓｉｎθＰ＝　
（Ｗ／ａ）　　・ｌ・・・・・・（５）即ち、アーム重
心線上の点Ｂをバネかけ部Ｃの方向へバネ定数ｋ　＝　
Ｗ　／　ａ　、バネの伸びｘ−１のバネにより引っ張る
ことにより第２アーム４の重力バランスが完全に行われ
る。

第１図に示した機構は、この理論に完全に当てはまるも
のである。

また、このような理論は、第１アーム３の重力バランス
についても適用可能である。即ち第２図に示すように、
第１アーム３の揺動中心点３．の垂直上方へ距離ａだけ
離れた位置にバネ支持部Ｃを設定する。この場合、この
点Ｂは不動である。

そして第１図に示した場合と同様、このバネ支持部Ｃと
、上記第１アーム３の重心線上の点Ｂとを結ぶ線の方向
を指向する引張力 Ｐ＝Ｗ／ａ−１又はこれに近い引張力を上記点Ｂに作用
させるべく、ワイヤＹを有するバネ装置Ｈを設ける。

この場合には第１アーム３の重力がほぼ完全にバランス
される。

尚、本例により示したバネは、まる巻バネであるが、他
のバネ装置（引張りバネ、圧縮バネ）を利用することも
可能である。

発明の効果 本発明は以上述べたように、垂直面内で揺動運動する重
量Ｗのアームの重力バランスを調整する装置において、
上記アームの揺動中心から垂直方向にａだけ離れた位置
に設けたバネ支持部Ｃと、上記アームの重心線上の点Ｂ
とを結ぶ線の方向を指向する引張力Ｐ＝Ｗ／ａ−Ａまた
これに近い引張力を上記点已に作用させるバネ装置を具
備してなる点を要旨とする腕機構の重カバランス装Ｗ１
．（ここにｌは点ＢＣ間の距離）であるから、垂直多関
節ロボットの第１及び第２アームの重力を理論上はぼ完
全にバランスさせることができるので、ダイレクトティ
ーチング作業を行うロボットにおける教示作業の疲労を
無くし、ロボット先端部におけるアーム自重による撓み
を減少させてロボットの位置決め精度の向上、アーム駆
動力の減少。

アーム運動制御性能の向上に大なる寄与をなすものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる腕機構の重力バラン
ス機構を設けた垂直多関節型ロボットの概略側面図、第
２図は本発明を第１のアームのバランス装置に適用した
例を示す概略側面図である。 （符号の説明） ３・・・第１アーム　　　４・・・第２アーム５・・・
リンク　　　　　Ａ・・・支持ピンＢ、Ｃ・・・バネ支
持部 Ｄ・・・平行リンク　　　Ｅ・・・平行移動辺Ｆ・・・
機台　　　　　　Ｇ・・・支持ピンＨ・・・つる巻きバ
ネ収納部 Ｑ・・・支点　　　　　　Ｑ′・・・支点ピン中心Ｙ・
・・ワイヤー。 出廓人　　株式会社神戸製鋼所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）垂直面内で揺動運動する重量Ｗのアームの重力バ
   ランスを調整する装置において、 上記アームの揺動中心から垂直方向にａだけ離れた位置
   に設けたバネ支持部Ｃと、上記アームの重心線上の点Ｂ
   とを結ぶ線の方向を指向する 引張力Ｐ＝Ｗ／ａ・ｌ またこれに近い引張力を上記点Ｂに作用させるバネ装置
   を具備してなることを特徴とする腕機構の重力バランス
   装置。 ここにｌは点ＢＣ間の距離